数字信号处理Discrete Time Signal Processing

1、数数 字字 信信 号号 处处 理理Discrete Time Signal Processing1 教材: 数数 字字 信信 号号 处处 理理 （修订版） 大学出版社，1997 参考教材：Discrete Time Signal Processing Alan V.Oppenheim & Ronald W.Schafer 2nd Edition, Prentice-Hall，2001基本信息基本信息2 第一讲第一讲 引言引言 内容内容: 信号定义信号定义 信号分类信号分类 典型信号典型信号 信号处理信号处理 离散时间信号处理（离散时间信号处理（DTSP）和数字信号处理（）和数字信号处理

2、（DSP） DSP的优点的优点 DSP的应用的应用 本课程概要本课程概要信号和系统概念信号和系统概念3A. 信号概述信号概述 信号信号: 信号是一个或多个独立变量的函数, 该函数含有物理系统的信息 或表示物理系统状态或行为。 (e.g.: i(t),v(t),g(x,y). 独立变量: 时间时间、距离、速度、位置、温度和压力等 信号分类（信号分类（1）按按独立变量（自变量）分； （2）按按信号取值定义值域（因变量）分。 按按独立变量个数可分成：1-dimensional (1-D) , 2-D, to M-D. 按按独立变量定义域和信号值域可分成：续时间信号、模拟信号、离散续时间信号、模拟信号

3、、离散时间信号和数字信号时间信号和数字信号 CTS、AS、DTS和和DS （ Continuous-Time SignalsAnalog Signals; Discrete-Time Signals Digital Signals）. 4 按独立变量个数分按独立变量个数分： 1-D 信号信号：单个独立变量的一维函数, e.g. 语音信号。 2-D 信号：信号：两个独立变量的二维函数, e.g. 图象信号。 M-D 信号：信号：多个独立变量的多维函数, e.g. 彩色视频信号(RGB) 。 波形: 信号幅度随独立变量变化的函数，通常1-D 信号的独立变量 为时间。 按独立变量连续性分：按独立变量

4、连续性分： 连续时间信号 (CTS) ：独立时间变量连续有定义 (e.g.,x(t) )。 离散时间信号 (DTS) ：独立时间变量在离散时间点有定义 x(nT)。 模拟信号 (AS) ：独立时间变量连续有定义，且信号幅值连续有定义。 数字信号 (DS) ：独立时间变量在离散时间点有定义、信号幅值仅 取离散值，且通常用二进制编码表示。信号类型信号类型5 信号举例信号举例1. 连续时间信号：连续时间信号：CTS(Continuous Time Signal/Analog Signal )x(t)2. 离散时间信号离散时间信号DTS (Discrete Time Signal/Sequence)

5、xn（再离散时间点上取值）（再离散时间点上取值）6实例实例： 时间序列 (stock indices, production, measurements) 连续时间采样信号 (Speech) ECG 和 EEG 信号(1-D) 地质勘探信号(3-D) 音乐信号(1-D) 图像 (2-D, 3-D) Diesel Engine Signal (1-D) B. 实际应用中的实际应用中的DTS信号信号7DTS 例子例子 (I)股票指数：股票指数：人口统计：人口统计：8DTS 例子例子(II)温度测量：温度测量：9DTS 例子例子(III)连续信号的离散化：连续信号的离散化：10DTS 例子例子(IV

6、)医学测量信号 EEG-Electroencephalogram, ECGelectrocardiography.(脑、 心电图) 音乐信号音乐信号 ： 图图 象象 ：11C. 信号处理信号处理 信号处理信号处理：主要讨论信号及所含信息的表示、变换和处理 。 （ representation, transformation, and manipulation ） DT系统两种实现方式: 软件算法和DSP硬件。 信号表示：时域和频域表示； 信号变换：离散时间Fourier变换（DTFT）、离散Fourier变换 （DFT）和 z变换， 以及变换的快速算法（FFT）。 信号处理：滤波、压缩、调制及

7、解调和信号分析。 信号运算：延迟、加、减、乘和卷积。 12信号处理信号处理 (II)LPFHPFBPF典型的DT滤波系统的理想特性：13D. 为什么要研究离散时间信号处理（为什么要研究离散时间信号处理（DTSPDTSP）关系: Continuous Time Signal (CTS) 采样 Discrete Time Signal (DTS) 量化 Digital Signal (DS). 理由: (1)目前最常用功能最强的信号处理器件是数字形式的；目前信号处理 的通常形式是对连续信号的离散处理。 14 为什么要研究离散时间信号处理（为什么要研究离散时间信号处理（IIII）DTSPDSP(2)

8、 数字信号处理 (DSP)的分析可利用离散时间信号处理的分析方法.幅值离散化幅值离散化幅值未离散化幅值未离散化15E. DTSP 的的 优越性优越性优点：优点： (1) Robustness(鲁捧性，抗噪性强)； (2) 便于存储； (3) 便于调节和 数字自适应处理； (4) 便于相互联接，没负载问题； (5) 便于与计算机接口，实现智能化处理； (6) 器件容易共享； (7) 便于批量生产。缺点缺点： (1) 增加复杂性（e.g.:A/D和D/A）； (2) 工作频率受限。16F. DTSP DTSP 的的 应用应用1.滤波选频滤波e.g.:多正弦信号：172.回波对消（来自远方的输入信号

9、既耦合至耳机， 又耦合至话筒传回去，产生回声）应用：应用：回波对消回波对消( (I)I)18应用：应用：回波对消回波对消( (II)II)对消方法对消方法：（：（将输入一方面输入混合线圈，另一方面又将输入一方面输入混合线圈，另一方面又输入自适应滤波器与泄露至话筒的回声进行对消输入自适应滤波器与泄露至话筒的回声进行对消）19应用：应用：语音处理语音处理3. 语音处理v均衡均衡;v编码与压缩编码与压缩v多声道模拟、混响效果多声道模拟、混响效果20应用：应用：信号预测信号预测4. 信号预测的值。预测从 1 ,1 ,0nxnxxx21应用：应用：信号传送信号传送( (I)I)5. 语音传输22应用：应

10、用：图象处理（图象处理（I）6. 图象处理: 边沿检测23应用：应用：图象处理（图象处理（II）边沿检测原理：边沿检测原理： 边沿信号xn: 边沿检测滤波器hn:24G. 课程概况课程概况课程主要内容：课程主要内容：1.离散时间信号与系统概念复习；离散时间信号与系统概念复习；2.离散时间信号离散时间信号DTFT、Z变换；变换；3.连续信号的抽样；连续信号的抽样；4.LTI的频域分析；的频域分析；5.DT系统的结构；系统的结构；6.滤波器设计；滤波器设计；7.离散离散Fourier变换（变换（DFT）；）；8.离散离散Fourier变换的快速算法（变换的快速算法（FFT）；）；9.有限字长效应。有限字长效应。25信号分析基本方法信号分析基本方法26系统实现问题系统实现问题（1）DSP的实现：的实现：A/D，D/A，DSP器件等；器件等；（2）数字系统的设计与实现：）数字系统的设计与实现：（3）信号处理的实现、快速算法、系统效率